이반 페트로비치 파블로프는 1849년 가을에 모스크바 근교에 리아쟌이라는 작은 마을에서 성직자 집안에서 태어나서 신학교에 입학하였지만 과학 분야에 더욱 관심과 흥미를 가져 과학자가 되어야 하겠다고 마음 먹었다. 그는 다윈의 “종의기원”을 읽고 진화론에 심취되어 과학자가 되겠다고 마음을 굳건히 다지게 되었다.  종교보다도 과학에 흥미를 가진 파블로프는 21세기가 되던 1870년에 신학교를 떠나 소련의 수도인 성페터스버그(현재레닌그라드)에 있는 페터스버그 대학 자연과학부에 들어갔다. 파블로프는 대학에서 화학과 심리학그리고 생리학을 공부하였다. 1879년 상트페테르부르크대학 의학 아카데미를 졸업하고, 육군 군의학교의 내과연구실에서 심장의 신경지배를 주로 연구하였다. 1884년부터 2년간 라이프치히대학과 브레슬라우대학에 유학하고 귀국한 후, 육군 군의학교에서 소화의 생리학에 관하여 연구하였다. 그 후동물실험을 통해 혈액계통과 소화심리학에 흥미를 붙여 의학공부에 열중하였다. 그는 혈액계통과 소화의 신체적기능이 뇌에서 지배하는 방법에 흥미가있어 연구하여 1883년에 심장운동에 대한 신경기관의 조절작용에 관한 연구로 박사학위를 받았다.

그는 최초로 심장근육의 운동으로 심실이 수축될 때 뿜어나오는 혈액의 양을 일정하게 하는 것은 자율신경에 의하여 조절된다는 사실을 밝혀냈던 것이다. 파블로프는 심장맥관계통의 연구로 두각을 나타내기 시작하였다. 1890년 약리학 교수가 되었으며, 1891년 실험의학 연구소의 생리학 주임이 되었다. 여기서는 소화샘의 실험생리학적 연구를 15년간 계속하였다. 그는 외과수술을 장기로 하고 있었으므로, 가능한 정상상태로 동물실험을 할 수 있도록 다양한 새로운 실험법을 창안해 냈다. 특히 소화에 관한 연구에서는 소위법 ·췌영구루법 ·위사양법을 고안하고, 소화액의 분비메커니즘을 실험적으로 밝혀 냈다. 특히 신경지배의 연구는 높이 평가되고 있다.

그는 개의 위에서 분비되는 위액을 몸 밖으로 추출해 내기 위해서 개의 몸밖에 있는 주머니와 위를 연결하는 수술을 하였다. 수 없이 실패를 거듭하던 파블로프는 드디어 위와 식도를 분리 수술하는데 성공하였다. 여러 가지 실험을 거쳐 위액의 분비는 위에 음식물이 들어있어서 분비되는 것이 아니고 식도의 신경 계통의 자극에 의해서 분비됨을 밝혀냈다. 그는 실험결과와 이론을 정립하여 “소화샘의 일”이란 논문을 발표하여 일약 실험생리학 및 심리학자로서의 명성을 떨치게 되었다. 그의 큰 업적으로 1904년에 구 소련인으로서는 처음으로 의학, 생리학에 대한 노벨상으로 받게 되었다.

개가 고기를 먹을 때 타액을 분비하는 것은 무조건 반사이고 고기를 보고 개가 타액을 분비하면 이것은 조건반사인 것이다. 그러나 파블로프는 이러한 현상은 개가 가지고 있는 과거의 어떤 경험 때문일 것이라고 가정하였다. 그러니까 개는 침을 질질 흘리면서 음식을 먹었다. 파블로프는 이와 같은 동작을 계속하였다. 그리고 나서 나중에는 음식은 주지 않고 종소리만 내어보았더니 역시 개는 종소리만 들어도 침을 질질 흘리는 것이 아닌가! 파블로프는 이것을 조건반사라고 하였고, 이 행동은 뇌와 깊은 관련이 있다고 생각을 하였다. 그는 동물의 행동이 뇌에 있는 특정한 부분과 깊이 관련이 있다는 사실을 조건반사라는 연구논문을 발표하여 그 이론이 정립되었다. 파블로프는 동물실험을 통하여 생리학 및 심리학을 통한 신경기능과 동물의 행동에 관한 연구의 기초를 세웠던 것이다.

파블로프는 학습심리학을 계속 더 연구하면서 반사를 학습한다는 것은 어떤 차단에 의해 방해된다는 것을 알아냈다. 개가 종소리에 반응하는 것을 학습한 것과 같이 조건반사 후에 종이 울려도 먹이가 눈에 보이지 않는다면 내부 억제가 생겨 타액을 분비하지 않는 것이다. 즉 반응은 잊혀진 것이 아니라 억제된 것이다.  이 일련의 연구의 업적을 인정받아 1904년 노벨생리 ·의학상을 수상하였다.

이반 페트로비치 파블로프는 1936년 87세로세상을떠났다. 주요저서에 《대뇌 양 반구의 작용에 관한 강의》(1927), 《조건반사학 강의》(1928), 《조건반사 연구의 20년》(1932) 등이 있다.  그는 개에게 종소리의 실험을 통하여 연구하여 조건반사의 이론을 정립하였고, 조건반사의 이론은 오늘날 심리학계나 생리학계에서 인간의 행동에 대한 새로운 이해의 길을 열어놓았던 것이다. 조건반사의 연구는 주로 상트페테르부르크 교외의 코르투시에 있는 파블로프생리학 연구소에서 30년간 계속되었으며, 전 세계의 이목을 집중시켰다.